Para las bandas Ku y Ka, la relación portadora / ruido C / N es relevante antes de la demodulación en el receptor. La relación S / N es importante después de la demodulación. Por tanto, la relación S / N depende tanto de la relación C / N como de las características de modulación y codificación.
La señal transmitida puede ser malinterpretada por el dispositivo receptor debido a diversas interferencias y distorsiones que surgen de su transmisión a través de un canal de comunicación ruidoso. Para aumentar la inmunidad al ruido, diferentes métodos codificación. Por tanto, la salida de la fuente de información se conecta al codificador del canal de comunicación, donde se introduce redundancia en la señal para reducir la probabilidad de aparición de bits erróneos. Este procedimiento se denomina corrección preliminar de errores (FEC) y es el único método para proporcionar corrección de errores sin solicitar la retransmisión de datos. La tasa de errores de bits está relacionada con la tasa de errores de bits (BER) del decodificador receptor. Un indicador de la calidad de la señal recibida en sistemas digitales La transmisión, como se conoce, es la relación E b / N 0, en la que se alcanza un cierto valor de BER, y que es equivalente a la relación S / N para sistemas digitales.
La relación entre C / N y E b / N 0, expresada en decibelios, se determina mediante la siguiente fórmula:
E b / N 0 = C / N + 10 log (1 / R) + 10 logDf, dB (5.32)
Donde E b / N 0 dB es la relación entre la cantidad de energía en el bit E b (J) y la densidad de flujo de potencia de ruido N 0 (W / Hz); R - velocidad de transferencia de información, bit / s; Df - banda de frecuencia ocupada por el canal, Hz; C / N - relación portadora / ruido en la banda de frecuencia Df, dB.
Un rasgo característico de los sistemas digitales prácticos es el siguiente: para una relación dada de la tasa de bits de información al ancho de banda del canal, existe una relación señal / ruido, por encima de la cual es posible recibir una señal sin errores y por debajo de la cual la recepción es imposible. A diferencia de las señales analógicas, que se degradan progresivamente por el ruido, los sistemas digitales son relativamente inmunes al ruido hasta que el sistema de corrección de errores ya no puede funcionar con eficacia. El resultado es un repentino deterioro o colapso del sistema. Esta propiedad de los sistemas digitales elimina la necesidad de gradaciones de calidad. La calidad de la señal recibida no se verá afectada si el nivel degradado total de la relación E b / N 0 es superior a algún nivel requerido correspondiente al nivel aceptable. probabilidad de error de bit() o un determinado valor de BER. La relación entre y E b / N 0 depende de las características específicas del método de modulación digital elegido, por lo tanto, los operadores de satélite suelen estipular el nivel mínimo requerido de la relación E b / N 0. BER = excelente calidad. La BER en la entrada del demultiplexor depende de dos factores: la calidad de la señal de entrada y capacidad de corrección del código anti-jamming FEC. El número FEC indica la redundancia del código antiinterferencias.
La relación señal-ruido requerida para la recepción de alta calidad de una señal digital con un valor de BER igual a se determina a partir de la tabla.
Sistema de comunicación caracterizado por un conjunto de parámetros. Aquellos de ellos que se asocian con la calidad del sistema por dependencia monótona se denominan indicadores de la calidad del sistema. Cuanto más (menos) sea el valor del indicador de calidad, mejor (peor) será el sistema, en igualdad de condiciones.
Al diseñar el sistema, tenga en cuenta un gran número de indicadores y parámetros de calidad de acuerdo con un criterio de optimalidad previamente justificado. Se considera que el mejor (óptimo) sistema es el que corresponde al mayor (menor) valor de una determinada función objetiva de los indicadores de calidad. Los indicadores de calidad y los parámetros de los sistemas de comunicación se dividen convencionalmente:
- para información (inmunidad al ruido, velocidad, ancho de banda y retraso en la transmisión de información);
- técnico y económico (costo, dimensiones, peso);
- indicadores técnicos y operativos (tiempo medio de funcionamiento sin fallos, rango de temperatura de funcionamiento, etc.).
Destaquemos indicadores caracterizando sistema de comunicación en términos de transferencia de información.
La inmunidad al ruido es uno de los principales indicadores de la calidad de un sistema de comunicación. La inmunidad al ruido para una determinada interferencia se caracteriza por la fidelidad de la transmisión: el grado de correspondencia del mensaje recibido con el mensaje transmitido. Al transmitir mensajes continuos, la medida de fidelidad es la desviación estándar entre los mensajes a "(t) recibidos y los transmitidos a (t):
dónde T - el tiempo durante el cual se recibe el mensaje.
Señal primaria B(t) vinculado a la publicación a(t) dependencia lineal, es decir
B(t) = ka(t),
dónde k - factor de conversión.
donde un asterisco denota una estimación de señal que difiere de esta señal por la cantidad de error.
Cuanto menor sea la desviación estándar, mayor será la inmunidad al ruido.
La medida de la fidelidad también puede ser la probabilidad de que el error ε no exceda un valor predeterminadoε 0:
Cuanto mayor sea esta probabilidad, mayor será la inmunidad al ruido.
La medida de la fidelidad de la transmisión de mensajes discretos es probabilidad de error. Cuanto menor sea esta probabilidad, mayor será la inmunidad al ruido.
La máxima inmunidad al ruido posible para unas condiciones de transmisión determinadas se denomina inmunidad potencial al ruido.
Otro indicador importante de la calidad de un sistema de comunicación es su rendimiento aquellos. la velocidad máxima en baudios R max permitida por el sistema. Está definido por el número norte canales de este sistema y rendimiento C canal de comunicación:
Para canal de comunicación discreto sin interferencias
dónde T- la duración de la transmisión de un símbolo; metro - el volumen del alfabeto. (Aquí y abajo, la notación de la forma logx denota la operación de logaritmo binario Iniciar sesión 2 X.)
Para un canal de comunicación continuo
CON= Azotar (l + PAG con / PAG NS) ,
dónde F - Canal de Banda ancha; Rс - intensidad de la señal; R NS - potencia de ruido.
La velocidad de transmisión (así como el rendimiento) se mide en bits por segundo.
Retraso de transmisión- este es el tiempo desde el momento del inicio de la transmisión del mensaje en el transmisor hasta el momento de la salida del mensaje restaurado en la salida del receptor. Depende de la longitud del canal de comunicación y la duración de las transformaciones de señal en el transmisor y el receptor. El retraso en la transmisión es uno de los indicadores más importantes de la calidad de un sistema de comunicación.
El método de estimación estadística compleja se basa en el cálculo de estadísticas de parámetros temporales y espectrales y sus cambios en base a una comparación de lo distorsionado en el canal y la señal original. Esta técnica combina la capacidad de evaluar mediante criterios subjetivos y la objetividad del hardware de las mediciones. Se basa en las leyes de la percepción humana de los estímulos externos.
Una alta correlación de cambios en las propiedades de la señal y una evaluación subjetiva de la calidad de transmisión por parte del oyente permite realizar una evaluación de acuerdo con los siguientes criterios:
- notoriedad cambios de señal;
- puntaje calidad de transmisión;
- preferencia señal transmitida.
Al evaluar de acuerdo con el criterio de "cambios de señal notables", las distorsiones máximas permitidas corresponden al 50% de visibilidad. Este es el límite para los canales de 6300 Hz. Para canales con un ancho de banda de 10 kHz - P max = 30%, y para canales con un ancho de banda de 15 kHz - P max = 15%.
El valor desviación integral ∆S (el valor numérico de la suma de las desviaciones absolutas de las funciones - IO) de dos distribuciones del OCM para las señales original y distorsionada. En la Fig. 7.5 se dan (LCHP) OCM a intervalos de análisis de 200 ms para dos tipos de distorsiones: representación compacta mediante el algoritmo MP-3 y limitación de banda inferior.
Y sobre ∆S le permite estimar el grado de divergencia de las dos distribuciones... Al introducir distorsiones en la señal, el EUT repite el cambio en el valor promedio del LCHP, siendo determinado por el cambio en el RMS y los momentos de órdenes superiores. Para confirmar la relación de correlación, la cantidad ∆S con notable distorsión R, introducido por la ruta de transmisión ZVS, en la Fig. 7.14 muestra la curva integral de la visibilidad de las distorsiones del tipo "límite de banda inferior" (curva de trazos), obtenida cuando se perciben señales reales. Las líneas continuas en la misma figura muestran las estimaciones de las desviaciones integrales de las señales de transmisión NCHPZ OCM sometidas a las mismas distorsiones. Las mediciones se llevaron a cabo en los programas horarios del RVS "Mayak", "Orpheus" y "Echo of Moscow". La alta correlación de dependencias es obvia. Los gráficos para todas las demás distorsiones características son de naturaleza similar, lo que justifica el uso generalizado de este criterio en diversas aplicaciones.
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La naturaleza y el tipo de distorsión se pueden determinar utilizando estadísticas de varios otros parámetros del DRS. El más informativo de ellos resultó ser, además del parámetro energético del OCM, parámetros de formulario, mostrando cambios en la envolvente en las áreas de no estacionariedad del ZVS, es decir, los ataques y decaimientos de la señal. En la Fig. 7.15 muestra el cambio en EUT NCHPZ pendiente de los ataques para lo mismo que en la Fig. 7.14, señales con la misma distorsión.
El uso de otras secciones de la no estacionariedad del ZVS - decaimiento de la señal - también es prometedor, ya que los cambios en las secciones del decaimiento de la señal de audio se perciben como cambios en el tiempo de reverberación, es decir, el entorno acústico, que afecta negativamente al valoración subjetiva del sonido.
En la Fig. 7.16 y 7.17 muestran el cambio en EUT NCHPZ OCM y pendiente de ataque respectivamente, por lo mismo que en la Fig. 7.14 y 7.15, señales, pero al introducir distorsiones no lineales.
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Muy informativo para canales. eliminando la redundancia están parámetros de cepstrap. En la Fig. 7.20 muestra la dependencia del factor de cresta cepstrum de la tasa de transmisión utilizando el algoritmo MP-3. para dos programas de emisión de una hora de duración. Se nota una buena correlación del factor pico del cepstrum como parámetro objetivo con la visibilidad subjetiva de las distorsiones (curva discontinua).
En la Fig. 7.21 muestra los gráficos de la correspondencia entre la puntuación de los cambios en la señal con una disminución en la velocidad de codificación de 256 kbit / sa 64 kbit / s (curva 1) y el porcentaje de notoriedad de cambios similares obtenidos con el FID (curva 2 ).
Las curvas son idénticas, lo que indica la equivalencia de las escalas de puntos y porcentajes de visibilidad.
- ADC del canal de transmisión de la señal inicial y pasada;
- normalización de señales al nivel superado durante el 98% del tiempo;
- sincronización de señales;
Análisis de señales de acuerdo con MKSO, que implica el cálculo de estadísticas de varios parámetros y sus cambios en base a una comparación de las señales procesadas y originales;
Formación de una evaluación integral de los cambios de señal durante la transmisión, así como la respuesta de frecuencia del canal en una señal de transmisión real. Salida de datos a la pantalla, imprimir y guardar en la base de datos.
De acuerdo con el ICSO, se analiza un conjunto de características estadísticas, a saber: características energéticas(potencia promedio relativa en dos variedades, que difieren en el método de estandarización: OSM y OSMk); características de la forma(análisis de los intervalos de subida y bajada de la envolvente de Hilbert filtrada de la señal); características espectrales y cepstrales(basado en espectros de amplitud instantáneos).
El resultado del análisis de cada grupo de parámetros es frecuencia estadística normalizada de aparición de valores(NCHPZ) parámetro. Sobre la base de NCHPZ hay desviación integral(IO) NCHPZ como el valor promedio de las desviaciones absolutas de las frecuencias de ocurrencia de los valores de los parámetros de la señal antes y después del paso del canal. Para el caso de características espectrales, adicionalmente se realiza una representación gráfica del canal AFC, encontrado a partir de los espectros de amplitud instantáneos, y también se forman datos sobre la desviación cuadrática media (RMS) del AFC ideal.
De acuerdo con el MKSO, basado en los resultados del análisis de cambios en las características estadísticas de la señal, una evaluación generalizada de la notoriedad de los cambios de señal en porcentaje y una "estimación puntual" de la calidad de transmisión en una escala de 5 puntos. se forma. Un complejo de hardware y software que calcula, construye y analiza las características estadísticas de una serie de parámetros, así como los cambios en estas características a partir de una comparación de las señales distorsionadas en el canal y las señales originales, se puede utilizar como herramienta de medición para el MKSO.
La complejidad de la formación de la evaluación de acuerdo con el MKSO es significativamente menor, y la precisión y repetibilidad son mucho mayores que cuando se realiza el SIS. Además, este método de evaluación de la calidad de la transmisión no se opone a los cambios tradicionales de acuerdo con GOST 11515-91.
2. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN Y SUS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
2.1. Conceptos y definiciones básicos
El objeto de transmisión en cualquier sistema de comunicación es un mensaje que lleva cualquier información.
En los sistemas de transmisión de mensajes, el contenido semántico de los conceptos de información y mensaje son muy cercanos.
En el caso general, la información se entiende como un conjunto de información sobre cualquier evento, fenómeno u objeto. Para transferir o almacenar información, se utilizan varios signos (símbolos) para expresar (representar) información de alguna forma. Estos pueden ser letras, números, gestos y dibujos, símbolos matemáticos o musicales, palabras y frases del habla humana, diversas realizaciones de formas de oscilaciones eléctricas, etc.
El mensaje se entiende como la forma de presentación de la información. En otras palabras, un mensaje es algo que debe transmitirse. El conjunto de posibles mensajes con sus características probabilísticas se denomina conjunto de mensajes. La elección de los mensajes del conjunto la realiza la fuente de los mensajes. El proceso de selección es aleatorio; No se sabe de antemano qué mensaje se transmitirá. Distinga entre mensajes discretos y continuos.
Los mensajes discretos se forman como resultado de la emisión secuencial por parte de la fuente elementos individuales- señales. Se llaman muchos signos diferentes alfabeto fuente del mensaje, y el número de caracteres es volumen del alfabeto. En particular, los caracteres pueden ser letras de un lenguaje natural o artificial que satisfagan determinadas reglas de relación.
Mensajes destinados a ser procesados en computadora sistemas de información, es habitual llamar a datos.
El mensaje es una secuencia de estados Fuente de información, desplegado a tiempo. Las fuentes se dividen en
discreto y continuo (cosa análoga). Debajo discreto Se entiende por fuente de información algún objeto, que en determinados momentos recibe uno de los METRO estados de un conjunto discreto. Una fuente continua en cualquier momento puede tomar uno de un conjunto infinito de sus estados. En consecuencia, se introduce el concepto de fuente de mensajes, y todas las fuentes posibles se pueden dividir en discretas y continuas.
Para transmitir un mensaje a distancia, es necesario tener algún tipo de portador, un portador de material. Como tal, se utilizan medios estáticos o dinámicos, procesos físicos. Físico
el proceso utilizado para llevar el mensaje y mostrar el mensaje que se transmite se llama señal.
La visualización del mensaje es proporcionada por un cambio en cualquier cantidad física que caracteriza el proceso. Este valor es
parámetro informativo de la señal.
Las señales, como los mensajes, pueden ser continuas y discretas. El parámetro de información de una señal continua en el tiempo puede tomar cualquier valor instantáneo dentro de ciertos límites. Una señal continua a menudo se denomina señal analógica. Una señal discreta se caracteriza por un número finito de valores de parámetros de información. A menudo, este parámetro solo toma dos valores.
En los sistemas de telecomunicaciones, las señales eléctricas se utilizan como portadoras para transmitir mensajes a distancia, ya que tienen la velocidad de propagación más alta (acercándose a la velocidad de la luz en el vacío - 3108 m / s).
Cualquier proceso físico que cambie de acuerdo con el mensaje transmitido puede usarse como señal. Es esencial que la señal no sea el proceso físico en sí, sino un cambio en los parámetros individuales de este proceso. Estos cambios están determinados por el mensaje que lleva esta señal.
En muchos casos, la señal refleja los procesos temporales que ocurren en un determinado sistema. Por lo tanto, la descripción de una señal específica puede ser alguna función del tiempo. Habiendo definido esta función de una forma u otra, también definimos la señal. Sin embargo, tal Descripción completa no siempre se requiere señal. Para resolver una serie de tareas, más descripción general en forma de varios parámetros generalizados que caracterizan las propiedades básicas de la señal, similar a como se hace en los sistemas de transporte.
La técnica de transmisión de información es, en esencia, la técnica de transportar (transmitir) señales a través de canales de comunicación. Por tanto, es recomendable determinar los parámetros de la señal, que son básicos desde el punto de vista de su transmisión. Estos parámetros son duración de la señal, rango dinámico y ancho del espectro.
Cualquier señal considerada como un proceso temporal tiene un principio y un final. Es por eso duración de la señal T es su parámetro natural, que determina el intervalo de tiempo dentro del cual existe la señal.
Las características de la señal dentro del intervalo de su existencia son el rango dinámico y la tasa de cambio de la señal.
Gama dinámica se define como la relación entre la potencia de señal instantánea más alta y la más baja:
Ä = 10 log P c máx, (dB).
P cmin
El rango dinámico del habla del hablante es de 25 ÷ 30 dB, vocal
conjunto - 45 ÷ 55 dB, orquesta sinfónica - 65 ÷ 75 dB.
V siempre se interfiere con las condiciones reales. Una transmisión satisfactoria requiere que la potencia de señal más baja supere la potencia de interferencia. La relación señal-ruido caracteriza la fuerza relativa de la señal. Por lo general, se determina el logaritmo de esta relación, que se denomina exceso de la señal sobre el ruido. Este exceso se toma como segundo parámetro de señal. El tercer parámetro esancho del espectro de la señal F. Este valor da una idea de la tasa de cambio de la señal dentro del intervalo de su existencia. El espectro de la señal puede extenderse sobre una banda de frecuencia muy grande. Sin embargo, para la mayoría de las señales, puede especificar la banda de frecuencia dentro de la cual se concentra su energía principal. Esta banda determina el ancho del espectro de la señal.
V En la tecnología de las comunicaciones, el espectro de la señal suele estar deliberadamente limitado. Esto se debe al hecho de que el equipo y la línea de comunicación tienen un ancho de banda limitado. La limitación del espectro se lleva a cabo en función de la distorsión de señal permitida. Por ejemplo, durante la comunicación telefónica, se deben cumplir dos condiciones: para que el habla sea legible y los corresponsales puedan reconocerse entre sí por su voz. Para cumplir con estas condiciones, el espectro de la señal de voz se puede limitar a una banda de 300 a 3400 Hz. La transmisión de una gama más amplia de habla en este caso no es práctica, ya que conduce a complicaciones técnicas y mayores costos.
Una característica física más general de una señal es el volumen de la señal:
Si ν ≤ 1, entonces las señales se denominan banda estrecha (simple). Si ν >> 1, entonces - banda ancha (complejo).
En condiciones naturales, las señales creadas y recibidas por los seres vivos se propagan en su hábitat. Este entorno se puede llamar canal de transmisión de mensajes. Notamos de inmediato que incluso
v En un sistema de transmisión tan simple, la presencia de interferencia en el canal es típica, es decir, señales generadas por fuentes extrañas. Con la aparición de la necesidad de una transmisión rápida de mensajes a largas distancias, una persona tiene la necesidad de utilizar varios dispositivos ("medios técnicos"). En los sistemas de transmisión modernos
v calidad medios físicos La información es utilizada por corrientes o voltajes eléctricos, así como por oscilaciones electromagnéticas.
Al transmitir mensajes, es necesario utilizar medios técnicos como sensores: convertidores de varios
procesos físicos en corrientes eléctricas de baja frecuencia, llamados señales primarias(por ejemplo, micrófono, vidicón); dispositivos para codificar mensajes discretos usados tanto para igualar la potencia del alfabeto de la fuente M como el número de símbolos de código usados en el canal de transmisión, y para asegurar una alta confiabilidad de transmisión; dispositivos para modular portadores de señales de alta frecuencia con señales primarias. Dado que el receptor percibe el mensaje, por regla general, en la forma que se presenta en la salida de la fuente original, el sistema de transmisión requiere medios técnicos como un demodulador, un decodificador, que llevan a cabo la transformación inversa de señales de alta frecuencia. en análogos de señales primarias de baja frecuencia en análogos de los mensajes originales (por ejemplo, usando un altavoz, tubo de imagen, etc.).
2.2. Sistemas de comunicación
El conjunto de hardware (hardware y software) y medios de distribución necesarios para transferir un mensaje de origen a destino se denomina sistema de comunicación. En los diagramas funcionales y sus implementaciones, los nodos como un codificador y un modulador se combinan en un dispositivo de transmisión; De manera similar, el demodulador y el decodificador se combinan en un solo dispositivo- El receptor. Un diagrama funcional típico, que incluye los nodos principales del sistema de comunicación, se muestra en la Fig. 1.2. La línea de comunicación aquí indicada, en muchos casos identificada con el canal de transmisión, está diseñada para transmitir señales con la mínima pérdida posible de su intensidad desde el transmisor al receptor. En los sistemas de comunicación eléctrica, una línea de comunicación, en particular, es un par de hilos, un cable o una guía de ondas, en los sistemas de comunicación por radio, una región del espacio en la que las ondas electromagnéticas se propagan desde un transmisor a un receptor.
En la línea de comunicación, la interferencia w (t) inevitablemente presente en el sistema de comunicación está localizada, lo que conduce a una distorsión aleatoria impredecible de la forma de la señal transmitida.
Arroz. 2.1. Generalizado esquema estructural sistemas de telecomunicaciones
El receptor procesa la señal recibida x (t), distorsionada por la interferencia, y recupera el mensaje transmitido u (t) de ella. Normalmente, el receptor realiza lo opuesto al transmisor.
Es habitual llamar a un canal de comunicación un conjunto de medios técnicos que sirven para transferir un mensaje de una fuente a un consumidor. Estos medios son un transmisor, una línea de comunicación y un receptor.
El canal de comunicación junto con la fuente y el consumidor forman sistema de transmisión y procesamiento de información... Distinguir sistemas de mensajería discretos(por ejemplo, un sistema de comunicación telegráfica) y sistemas de mensajería continua(radiodifusión, televisión, sistemas de telefonía, etc.). También existen sistemas de comunicación mixtos en los que los mensajes continuos se transmiten mediante señales discretas. Tales sistemas incluyen, por ejemplo, sistemas de modulación de código de impulsos.
Cuando se envían mensajes en una dirección del remitente al destinatario, o de "punto a punto", se utiliza un canal de comunicación unidireccional punto a punto. Si la fuente y el receptor intercambian lugares alternativamente, entonces para el intercambio de señales es necesario utilizar un canal de comunicación alternativo de dos vías que permita la transmisión tanto en una como en la dirección opuesta (modo semidúplex). Un canal de comunicación bidireccional simultáneo proporciona mayores oportunidades de intercambio, que proporciona transmisión simultánea de señales en direcciones opuestas (modo dúplex completo).
Un sistema de comunicación se denomina multicanal si proporciona la transmisión mutuamente independiente de varios mensajes a través de un canal de comunicación común.
Si es necesario intercambiar mensajes entre muchos remitentes y destinatarios, llamados en este caso usuarios o suscriptores, se requiere crear sistemas de mensajería (MTS) con una gran cantidad de canales de comunicación. Esto conduce al concepto de un sistema de transmisión y distribución de mensajes (MRS), es decir, sistemas de comunicación en un sentido amplio. Tal sistema se denomina comúnmente red de comunicación (telecomunicaciones), red de transmisión de información o red de mensajería. Un ejemplo de un SRS es una red completamente conectada (Fig. 1.1), donde los puntos finales (EP) están conectados entre sí según el principio "cada uno con cada uno".
Figura 2.2. Red de transmisión de información completamente conectada
Esta red no está conmutada y la comunicación entre los abonados se realiza a través de canales fijos (no conmutados) de forma permanente. La distribución de información en dichas redes se proporciona mediante métodos de acceso especiales o procedimientos de control de transferencia de información que sirven para notificar qué abonados intercambiarán mensajes. Con un aumento en el número de suscriptores en una red multipunto, los retrasos en la transmisión de información aumentan significativamente, y en las redes completamente conectadas, el número de líneas de comunicación y la cantidad de equipos aumentan significativamente. La solución a estos problemas está asociada con el uso de redes conmutadas SPRS, donde los abonados se comunican entre sí no directamente, sino a través de uno o más nodos de conmutación (CC).
Por lo tanto, el SPRS conmutado es un conjunto de OP, nodos de conmutación y líneas de comunicación que los conectan.
La tarea principal del SPRS moderno es proporcionar a una amplia gama de usuarios (personas u organizaciones) una variedad de servicios de información, que incluyen, en primer lugar, la entrega eficiente de mensajes de un punto a otro, que cumpla con los requisitos de velocidad. , fidelidad, tiempo de demora, confiabilidad y costo.
Las características estadísticas del flujo de llamadas se estudian mediante métodos de teoría de colas, en particular teoría del teletrafico. Esta teoría permite establecer requisitos para los dispositivos de conmutación y el número de líneas, en las que se garantiza una calidad de comunicación satisfactoria para un determinado porcentaje de fallas o latencia.
Entonces, por ejemplo, la carga de la red telefónica depende del número, el tiempo de ocurrencia y la duración conversaciones telefónicas.
La intensidad de carga se entiende como la expectativa matemática de la carga entrante, referida a una unidad de tiempo (en telefonía - 1 hora).
Se toma Erlang (sesión de 1 hora) como unidad de medida de la intensidad de la carga. Durante el día, la carga cambia, la hora de mayor carga se llama CHNN. Cada suscriptor da en promedio una carga en el rango de 0.06 ...
0,15 Earl. Estos valores se utilizan para calcular la red telefónica y sus sistemas de conmutación.
La fuente de información en el sistema de comunicación (ver Fig. 2.1) es el remitente del mensaje y el consumidor es su destinatario. En algunos sistemas de transmisión de información, la fuente y el consumidor de información puede ser una persona, mientras que en otros, varios tipos de dispositivos automáticos, computadoras, etc.
Convertir un mensaje en una señal implica tres pasos:
– conversión de forma no eléctrica a eléctrica;
– codificación primaria;
– transformación para hacer coincidir las características de la señal con las características del canal de comunicación.
Estas tres operaciones pueden ser independientes o combinadas.
En la primera etapa, el mensaje se convierte con la ayuda de sensores en una cantidad eléctrica: la señal primaria.
Las principales señales de telecomunicaciones primarias son: teléfono (voz), radiodifusión sonora, fax, televisión, telégrafo, transmisión de datos (por ejemplo, entrada de texto desde el teclado).
Para que el mensaje recibido se asemeje más al transmitido, es aconsejable realizar la transmisión de señales en forma discreta. Las señales analógicas se convierten en discretas en el proceso de cuantificación, en el que el rango continuo de valores de señal se subdivide en áreas discretas de modo que todos los valores de señal que caen en una de estas áreas se reemplazan con un valor discreto. En este caso, la cuantificación tiene lugar no solo en algún parámetro de señal, por ejemplo, en amplitud, sino también en tiempo.
La segunda etapa de convertir un mensaje en una señal, la codificación, consiste en convertir letras, números, signos en ciertas combinaciones de símbolos discretos elementales, llamados combinaciones de códigos o palabras. La regla para esta transformación se llama código. El propósito de la codificación, por regla general, es hacer coincidir la fuente de los mensajes con los canales de comunicación, lo que garantiza la máxima tasa de transferencia de información posible o la inmunidad al ruido especificada. La coordinación se lleva a cabo teniendo en cuenta las propiedades estadísticas de la fuente del mensaje y la naturaleza del efecto de la interferencia.
En la tercera etapa, las señales primarias u (t) se convierten en señales convenientes para la transmisión a través de la línea de comunicación (en forma, potencia, frecuencia, etc. Estas operaciones se realizan en el transmisor. En el caso más simple, el transmisor puede contener un amplificador de señales primarias o solo un filtro, limitando el ancho de banda de las frecuencias transmitidas. En la mayoría de los casos, el transmisor es un generador de portadora (portadora) y un modulador. El proceso de modulación consiste en controlar los parámetros de la portadora con la señal primaria u (t ) A la salida del transmisor obtenemos una señal modulada s (u, t).
Un sistema de transmisión de información se denomina multicanal si proporciona la transmisión mutuamente independiente de varios mensajes a través de un canal de comunicación común.
El canal de comunicación se puede caracterizar de la misma manera que la señal, por tres parámetros: el tiempo durante el cual el canal está transmitiendo, el rango dinámico y el ancho de banda del canal. Para la transmisión de señales no distorsionadas, la capacidad del canal V k no debe ser menor que el volumen de la señal.
Las características comunes de los distintos canales son las siguientes. Primero, la mayoría de los canales pueden considerarse lineales. En tales canales, la señal de salida es simplemente la suma de las señales de entrada (principio de superposición). En segundo lugar, en la salida del canal, incluso en ausencia de una señal útil, siempre hay interferencia. En tercer lugar, la señal, cuando se transmite por el canal, sufre un retardo de tiempo y una atenuación de nivel. Y, finalmente, en los canales reales siempre hay distorsiones de señal provocadas por imperfecciones del canal.
La señal en la salida del canal se puede escribir de la siguiente manera:
x (t) = µ s (t - τ) + w (t),
donde s (t) es la señal en la entrada del canal; w (t) - interferencia; µ y τ son las cantidades que caracterizan la atenuación y el tiempo de retardo de la señal.
2.3. Los principales indicadores de la calidad del sistema de comunicación.
Con base en el propósito de cualquier sistema de telecomunicaciones, la transmisión de información desde la fuente al consumidor, es posible evaluar el funcionamiento del sistema mediante dos indicadores: la calidad y la cantidad de información transmitida. Estos indicadores están indisolublemente vinculados.
La calidad de la información transmitida generalmente se evalúa por la confiabilidad (fidelidad) de la transmisión del mensaje. Cuantitativamente, la confiabilidad se caracteriza por el grado de correspondencia entre el mensaje recibido y el transmitido. La disminución de la confiabilidad en el canal de comunicación ocurre debido a la acción de interferencia y distorsión. Pero dado que la distorsión en el canal, en principio, se puede compensar y en los canales correctamente diseñados son lo suficientemente pequeños, entonces la razón principal las disminuciones de la confianza son interferencias. Por tanto, la fidelidad de la transmisión de mensajes está estrechamente relacionada con inmunidad al ruido sistemas, es decir su capacidad para resistir los efectos de interferencia de señales extrañas. Cuanto más resistente al ruido es el sistema, mayor es la fidelidad de transmisión que proporciona para determinadas características de las influencias interferentes y una determinada potencia de las señales transmitidas que reflejan el estado de la fuente. La medida cuantitativa de confiabilidad se elige de manera diferente dependiendo de la naturaleza del mensaje.
Si un mensaje es una secuencia discreta de elementos de un determinado conjunto finito, el efecto de la interferencia se manifiesta en el hecho de que en lugar del elemento realmente transmitido, se puede recibir algún otro elemento. Este evento se llama error. La probabilidad de error p o cualquier función creciente de esta probabilidad puede tomarse como una medida cuantitativa de confianza.
Una medida indirecta de la calidad puede ser una estimación del grado de distorsión de la forma de las señales estándar recibidas (distorsión de los bordes, fragmentación, fluctuaciones de los frentes, etc.). Estas distorsiones también se normalizan para canales discretos. Existen relaciones simples para convertir la distorsión de la forma de onda en probabilidad de error.
Al transmitir mensajes continuos, el grado de correspondencia del mensaje recibido v (t) con el u (t) transmitido puede ser un cierto valor ε, que es la desviación de v de u. A menudo se adopta el criterio de la desviación del cuadrado, expresado por la relación:
ε 2 = 1 T ∫ [v (t) - u (t)] 2 dt. T 0
La desviación estándar ε 2 tiene en cuenta el efecto sobre el mensaje recibido ν (t) tanto de la interferencia como de todo tipo de distorsiones (lineales, no lineales).
La fidelidad de la transmisión depende de la relación de potencia de señal a interferencia. Cuanto mayor sea esta relación, menor será la probabilidad de error (mayor será la confiabilidad).
Para una intensidad de interferencia dada, la probabilidad de error es menor cuanto más se diferencian entre sí las señales correspondientes a los diferentes elementos del mensaje. El desafío es seleccionar señales con una gran diferencia para la transmisión.
La fiabilidad también depende del método de recepción. Es necesario elegir el método de recepción que mejor se dé cuenta de la distinción entre señales para una relación señal / interferencia dada. Un receptor diseñado correctamente puede aumentar la relación señal-interferencia, y de manera bastante dramática.
Se da una valoración indirecta de la calidad de transmisión de mensajes continuos según las características de los canales (frecuencia, amplitud, fase, nivel de ruido, etc.), según algunos parámetros de señales e interferencias (factor de distorsión, señal-a- relación de ruido, etc.), de acuerdo con los mensajes de percepción subjetiva. La calidad de una conexión telefónica, por ejemplo, puede evaluarse mediante la inteligibilidad del habla.
Existe una diferencia significativa entre los sistemas de mensajería discreta y continua. En los sistemas analógicos, cualquier efecto de interferencia en la señal, incluso arbitrariamente pequeño, que provoque una distorsión del parámetro modulado, implica siempre la introducción del error correspondiente en el mensaje. En los sistemas para transmitir mensajes discretos, se produce un error solo cuando la señal se reproduce (reconoce) incorrectamente, y esto ocurre solo con distorsiones relativamente grandes.
En la teoría de la inmunidad al ruido desarrollada por V.A. Kotelnikov, se muestra que para un método dado de codificación y modulación, existe una inmunidad al ruido (potencial) limitante, que en un receptor real se puede lograr, pero no se puede superar. Un dispositivo receptor que implementa inmunidad potencial al ruido se denomina receptor óptimo.
Junto con la confiabilidad (inmunidad al ruido), el indicador más importante del funcionamiento del sistema de comunicación es Velocidad de transmisión. En los sistemas de mensajería discreta, la tasa se mide por el número de símbolos binarios transmitidos por segundo R. Para un canal, la tasa de transmisión se determina por la relación
R = 1 log 2 m,
donde T es la duración de la señal del mensaje elemental; m es la base del código. Para m = 2, tenemos R = 1 / T = v, baudios.
La tasa de transmisión máxima posible R max se suele llamar
ancho de banda del sistema. La capacidad de un sistema de transmisión de mensajes analógicos se estima por el número de conversaciones telefónicas, programas de radio o televisión transmitidos simultáneamente, etc.
La capacidad del sistema Rmax no debe confundirse con
ancho de banda del canal de comunicación C (ver capítulo 4). El ancho de banda de un sistema de comunicación es un concepto técnico que caracteriza al equipo utilizado, mientras que el ancho de banda de un canal determina el potencial de un canal para transmitir información. En sistemas reales, la tasa de transmisión R siempre menos ancho de banda CON. En teoría de la información, está probado que para R ≤ C es posible encontrar tales métodos de transmisión y los métodos de recepción correspondientes en los que la fiabilidad de la transmisión se pueda hacer arbitrariamente grande.
De lo que se ha considerado, se deduce que la cantidad y calidad de la información transmitida en el canal de comunicación está determinada principalmente por la interferencia en el canal. Por lo tanto, en el diseño y operación de los sistemas de comunicación, es necesario lograr no solo pequeñas distorsiones de la señal primaria recibida, sino también el exceso especificado de la señal sobre la interferencia. Por lo general, la relación señal / ruido para las señales primarias recibidas está normalizada.
La latencia es una característica importante de un sistema de comunicación. Se entiende por retraso el tiempo máximo transcurrido entre el momento en que se envía el mensaje desde la fuente a la entrada del dispositivo transmisor y el momento en que el dispositivo receptor emite el mensaje restaurado. El retraso depende, en primer lugar, de la naturaleza y longitud del canal y, en segundo lugar, de la duración del procesamiento en los dispositivos de transmisión y recepción.
Preguntas de control
1. ¿Qué se entiende por mensaje y señal?
2. Dibujar un diagrama funcional del sistema de transmisión de información.
3. ¿Qué se llama canal de comunicación? ¿Qué tipo de canales conoces?
4. ¿Cómo se convierte un mensaje continuo en una señal?
5. ¿Qué es la fidelidad de transmisión y cómo se cuantifica?
6. ¿Dar una definición de las principales características de la señal?
7. ¿Qué es la modulación?
8. ¿Cómo se restaura el mensaje transmitido en el receptor?
9. ¿Qué parámetros determinan la calidad de la transmisión de información y la cantidad de información transmitida?
10. ¿Qué se entiende por ancho de banda de un sistema de comunicación?
Examen de Estado
(Examen estatal)
Pregunta No. 3 “Canales de comunicación. Clasificación de canales de comunicación. Parámetros del canal de comunicación. Condición para la transmisión de señales por un canal de comunicación ".
(Plyaskin)
Enlace. 3
Clasificación. 5
Características (parámetros) de los canales de comunicación. diez
Condición para la transmisión de señales por canales de comunicación. 13
Literatura. catorce
Enlace
Enlace- un sistema de medios técnicos y un medio de propagación de señales para transmitir mensajes (no solo datos) desde una fuente a un receptor (y viceversa). El canal de comunicación, entendido en sentido estricto ( ruta de comunicación), representa solo el medio físico de propagación de la señal, por ejemplo, una línea de comunicación física.
El canal de comunicación está diseñado para transmitir señales entre dispositivos remotos. Las señales transportan información destinada a ser presentada a un usuario (persona) o para su uso por aplicaciones informáticas.
El canal de comunicación incluye los siguientes componentes:
1) dispositivo de transmisión;
2) dispositivo receptor;
3) medio de transmisión de diversa naturaleza física (Fig. 1).
La señal portadora de información generada por el transmisor, después de pasar por el medio de transmisión, ingresa a la entrada del dispositivo receptor. Además, la información se extrae de la señal y se transmite al consumidor. La naturaleza física de la señal se elige de modo que pueda propagarse a través del medio de transmisión con una atenuación y distorsión mínimas. La señal es necesaria como portadora de información, ella misma no lleva información.
Figura 1. Canal de comunicación (opción número 1)
Fig.2 Canal de comunicación (opción no. 2)
Aquellos. este (canal) - dispositivo técnico(técnica + entorno).
Clasificación
Habrá exactamente tres tipos de clasificaciones. Elige el sabor y el color:
Clasificación No. 1:
Existen muchos tipos de canales de comunicación, entre los cuales los más comúnmente distinguidos canales cableados la comunicación antena, cable, guía de luz etc.) y canales de radiocomunicación (troposférico, satélite y etc.). Dichos canales, a su vez, suelen calificarse en función de las características de las señales de entrada y salida, así como del cambio en las características de las señales, dependiendo de fenómenos que se produzcan en el canal como el desvanecimiento y la atenuación de las señales.
Por tipo de medio de distribución, los canales de comunicación se dividen en:
Cableado;
Acústico;
Óptico;
Infrarrojo;
Canales de radio.
Los canales de comunicación también se clasifican en:
Continuo (en la entrada y salida del canal - señales continuas),
Discreto o digital (en la entrada y salida del canal - señales discretas),
· Continuo-discreto (señales continuas en la entrada del canal y señales discretas en la salida),
· Discreto-continuo (señales discretas en la entrada del canal y señales continuas en la salida).
Los canales pueden ser como lineal y no lineal, temporal y espaciotemporal.
Posible clasificación canales de comunicación por rango de frecuencia .
Los sistemas de transmisión de información son un canal solo y multicanal... El tipo de sistema lo determina el canal de comunicación. Si el sistema de comunicación se basa en el mismo tipo de canales de comunicación, su nombre está determinado por el nombre típico de los canales. De lo contrario, se utiliza la especificación de las características de clasificación.
Clasificación No. 2 (más detallada):
1. Clasificación por rango de frecuencia
Ø Kilómetro (LW) 1-10 km, 30-300 kHz;
Ø Hectométrico (SV) 100-1000 m, 300-3000 kHz;
Ø Decameter (HF) 10-100 m, 3-30 MHz;
Ø Medidor (MV) 1-10 m, 30-300 MHz;
Ø Decímetro (UHF) 10-100 cm, 300-3000 MHz;
Ø Centímetro (CMB) 1-10 cm, 3-30 GHz;
Ø Milímetro (MMV) 1-10 mm, 30-300 GHz;
Ø Decimitros (DMMV) 0,1-1 mm, 300-3000 GHz.
2. Por dirección de líneas de comunicación
- dirigido se utilizan diferentes conductores):
Ø coaxial,
Ø pares trenzados a base de conductores de cobre,
Ø fibra óptica.
- no direccional (enlaces de radio);
Ø línea de visión;
Ø troposférico;
Ø ionosférico
Ø espacio;
Ø relé de radio (retransmisión en decímetro y ondas de radio más cortas).
3. Por tipo de mensajes transmitidos:
Ø telégrafo;
Ø teléfono;
Ø transmisión de datos;
Ø facsímil.
4. Por tipo de señales:
Ø analógico;
Ø digital;
Ø impulso.
5. Por el tipo de modulación (manipulación)
- En sistemas de comunicación analógicos:
Ø con modulación de amplitud;
Ø con modulación de banda lateral única;
Ø con modulación de frecuencia.
- En sistemas de comunicación digital:
Ø con modulación por desplazamiento de amplitud;
Ø con codificación por desplazamiento de frecuencia;
Ø con codificación por desplazamiento de fase;
Ø con modulación por desplazamiento de fase relativo;
Ø con modulación por cambio de tono (elementos individuales manipulan la oscilación de la subportadora (tono), después de lo cual la codificación se realiza a una frecuencia más alta).
6. Por el valor de la base de la señal de radio
Ø banda ancha (B >> 1);
Ø banda estrecha (B "1).
7. Por el número de mensajes transmitidos simultáneamente
Ø monocanal;
Ø multicanal (frecuencia, tiempo, división de códigos de canales);
8. En la dirección de la mensajería
Ø unilateral;
Ø
bilateral.
9. Por orden de intercambio de mensajes
Ø comunicación simplex- comunicación por radio bidireccional, en la que la transmisión y recepción de cada estación de radio se realiza por turnos;
Ø comunicación dúplex- la transmisión y la recepción se realizan simultáneamente (la más eficiente);
Ø comunicación semidúplex- se refiere al símplex, que prevé una transición automática de la transmisión a la recepción y la posibilidad de volver a preguntar al interlocutor.
10. Por métodos de protección de la información transmitida
Ø comunicación abierta;
Ø comunicación cerrada (clasificada).
11. Por el grado de automatización del intercambio de información
Ø no automatizado: el operador realiza el control de la estación de radio y el intercambio de mensajes;
Ø automatizado: solo la información se ingresa manualmente;
Ø automático: el proceso de intercambio de mensajes se realiza entre un dispositivo automático y una computadora sin la participación de un operador.
Clasificación número 3 (algo se puede repetir):
1. Con cita
Teléfono
Telégrafo
Televisión
Radiodifusión
2. Por dirección de transferencia
Símplex (transmisión en una sola dirección)
Half duplex (transmisión alterna en ambas direcciones)
Dúplex (transmisión simultánea en ambas direcciones)
3. Por la naturaleza de la línea de comunicación
Mecánico
Hidráulico
Acústico
Eléctrico (cableado)
Radio (inalámbrica)
Óptico
4. Por la naturaleza de las señales en la entrada y salida del canal de comunicación
Analógico (continuo)
Discreto en el tiempo
Discreto por nivel de señal
Digital (discreto y en tiempo y en nivel)
5. Por el número de canales por línea de comunicación
Un canal solo
Multicanal
Y otro dibujo aquí:
Fig. 3. Clasificación de líneas de comunicación.
Características (parámetros) de los canales de comunicación
1. Función de transferencia de canal: se presenta en la forma característica de frecuencia de amplitud (AFC) y muestra cómo la amplitud de la sinusoide en la salida del canal de comunicación decae en comparación con la amplitud en su entrada para todas las posibles frecuencias de la señal transmitida. La respuesta de frecuencia normalizada del canal se muestra en la Fig.4. Conocer la respuesta de frecuencia de un canal real le permite determinar la forma de la señal de salida para casi cualquier señal de entrada. Para hacer esto, es necesario encontrar el espectro de la señal de entrada, transformar la amplitud de sus armónicos constituyentes de acuerdo con la característica de amplitud-frecuencia y luego encontrar la forma de la señal de salida sumando los armónicos transformados. Para la verificación experimental de la característica amplitud-frecuencia, es necesario probar el canal con sinusoides de referencia (igual en amplitud) en todo el rango de frecuencia desde cero hasta un cierto valor máximo que puede ocurrir en las señales de entrada. Además, es necesario cambiar la frecuencia de las sinusoides de entrada con un pequeño paso, lo que significa que el número de experimentos debe ser grande.
- la relación entre el espectro de la señal de salida y la entrada
- banda ancha
Fig.4 Respuesta de frecuencia normalizada del canal
2. Banda ancha: es una derivada de la característica de la respuesta de frecuencia. Es un rango continuo de frecuencias para el cual la relación entre la amplitud de la señal de salida y la señal de entrada excede un cierto límite predeterminado, es decir, el ancho de banda determina el rango de frecuencias de señal en el que esta señal se transmite a través del canal de comunicación sin distorsión significativa. Normalmente, el ancho de banda se mide a 0,7 veces la respuesta de frecuencia máxima. El ancho de banda tiene el mayor impacto en la máxima tasa de transferencia de datos posible a través del canal de comunicación.
3. Atenuación: se define como la disminución relativa de la amplitud o potencia de una señal cuando una señal de cierta frecuencia se transmite por un canal. A menudo, durante el funcionamiento del canal, la frecuencia fundamental de la señal transmitida se conoce de antemano, es decir, la frecuencia cuyo armónico tiene la mayor amplitud y potencia. Por lo tanto, es suficiente conocer la atenuación en esta frecuencia para estimar aproximadamente la distorsión de las señales transmitidas por el canal. Es posible realizar estimaciones más precisas con el conocimiento de la atenuación en varias frecuencias correspondientes a varios armónicos fundamentales de la señal transmitida.
La atenuación generalmente se mide en decibelios (dB) y se calcula utilizando la siguiente fórmula: 
, dónde
Potencia de señal en la salida del canal,
Intensidad de la señal en la entrada del canal.
La atenuación siempre se calcula para una frecuencia específica y está relacionada con la longitud del canal. En la práctica, siempre se utiliza el concepto de "atenuación lineal", es decir atenuación de la señal por unidad de longitud de canal, por ejemplo, atenuación de 0,1 dB / metro.
4. Velocidad de transmisión: caracteriza el número de bits transmitidos por el canal por unidad de tiempo. Se mide en bits por segundo. bit / s, así como unidades derivadas: Kbps, Mbps, Gbps... La velocidad de transmisión depende del ancho de banda del canal, el nivel de ruido, el tipo de codificación y modulación.
5. Inmunidad de canal: caracteriza su capacidad para proporcionar transmisión de señales en presencia de interferencias. La interferencia generalmente se divide en interno(representa ruido térmico del aparato) y externo(son diversos y dependen del medio de transmisión). La inmunidad al ruido del canal depende del hardware y las soluciones algorítmicas para procesar la señal recibida, que están integradas en el transceptor. Inmunidad transmisión de señales a través del canal se puede aumentar a expensas de codificación y procesamiento especial señal.
6. Gama dinámica : logaritmo de la razón poder maximo señales transmitidas por el canal al mínimo.
7. Inmunidad a interferencias: es inmunidad al ruido, es decir inmunidad al ruido.
